JP2007292993A - Projecting apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は投影装置に関し、特に、fθレンズを用いた投影装置に関する。 The present invention relates to a projection apparatus, and more particularly to a projection apparatus using an fθ lens.
図14を参照して、特許文献1が開示する投影装置について説明する。光源5pから放出された光が、コリメータ12pを透過して、デジタルマイクロミラーデバイス(DMD)1pに入射する。DMD1pは、平面上に複数配置された傾動可能なミラーを有し、ミラーが配置された平面上に、反射光のパタンからなる画像パタンを生成する。DMD1pが生成した画像パタンに対応する光がミラー13pで反射され、スキャナ2pを介してfθレンズ3pに入射し、fθレンズ3pを透過した光が基板4pに入射する。fθレンズ3pが、DMD1pの生成した画像パタンを基板4pの表面に結像させる。スキャナ2pが、基板4pの表面で画像パタンの像を走査する。これにより、基板4pの表面上の所望の位置に、DMD1pの生成した画像パタンが露光される。
With reference to FIG. 14, the projector disclosed in
なお、この投影装置は、例えば、金属製品、シリコンウエハ、樹脂製品等への日付、製造番号、バーコード、2次元コード等のマーキングや、フォトレジストが塗布されたプリント基板の回路形成等に用いられる。 This projection device is used for, for example, marking on metal products, silicon wafers, resin products, etc., marking of serial numbers, barcodes, two-dimensional codes, etc., circuit formation of printed circuit boards coated with photoresist, etc. It is done.
従来の投影装置では、DMDが生成した画像パタンに対し、基板表面上の像が歪む。図15を参照して、画像パタンの像が歪む原理について説明する。図15は、従来の投影装置の有する光学系の主要部分を簡略化して示す。 In the conventional projector, the image on the substrate surface is distorted with respect to the image pattern generated by the DMD. With reference to FIG. 15, the principle of distorting the image of the image pattern will be described. FIG. 15 shows a simplified main part of an optical system of a conventional projection apparatus.
DMD200により物体面203上に生成された画像パタンが、fθレンズ202により像面204に結像するように、物体面203からfθレンズ202までの光路長、及びfθレンズ202から像面204までの光路長が定められている。ガルバノミラー201が、点Ppを通過する光を反射させる。
The optical path length from the
点Ppから物体面203に下ろした垂線の足を中心物点Qpと呼ぶこととする。線分QpPpの長さをLとする。中心物点Qpから出発し線分QpPp上を伝搬して点Ppでガルバノミラー201に反射された光線が、fθレンズ202の光軸上を伝搬してfθレンズ202に入射するように、ガルバノミラー201が配置されている場合について考える。
A perpendicular foot drawn from the point Pp to the
物体面203上の物点Xpから出発して点Ppに到達する光線Bpについて考える。物点Xpから出発して点Ppに到達する光線Bpと、線分QpPpとがなす角をθpとする。物体面203上の物点Xpの物体高xpが、中心物点Qpからの距離で定義される。
Consider a light ray Bp starting from an object point Xp on the
ガルバノミラー201により点Ppで反射された光線Bpは、fθレンズ202の光軸と角度θpをなしてfθレンズ202に入射する。fθレンズ202を透過した光線Bpが、像面204上の像点Ypに入射する。
The light beam Bp reflected at the point Pp by the
像面204上の像点Ypの像高ypが、fθレンズ202の光軸から像点Ypまでの距離で定義される。なお、中心物点Qpの像点が、fθレンズ202の光軸と像面204との交点上に配置されるので、像点Ypの像高ypは、中心物点Qpの像点から像点Ypまでの距離に等しい。
The image height yp of the image point Yp on the
fθレンズ202の性質より、光線Bpのfθレンズ202への入射角θpと、光線Bpの像面204上の入射位置である像点Ypの像高ypとが比例する。すなわち、定数cpを用いて、
yp=cp×θp ・・・(1)
と表せる。
Due to the nature of the
yp = cp × θp (1)
It can be expressed.
物点Xpの物体高xpは、角度θpを用いて、
xp=L×tanθp ・・・(2)
と表せる。
The object height xp of the object point Xp is obtained by using the angle θp,
xp = L × tan θp (2)
It can be expressed.
式(1)及び(2)からθpを消去することにより、像高ypと物体高xpとの関係は、
yp=cp×arctan(xp/L) ・・・(3)
と表せる。
By eliminating θp from equations (1) and (2), the relationship between image height yp and object height xp is
yp = cp × arctan (xp / L) (3)
It can be expressed.
物体高xpが単位距離だけ増えたときの像高ypの増分について考えると、関数arctanの性質から、この増分は物体高xpが大きいほど小さくなる。例えば、ある物点Xpaと、物点Xpaから中心物点Qpまでの中点Xpbとについて考える。物体面203上において、物点Xpaの物体高は、中点Xpbの物体高の2倍である。しかし、像面204上において、物点Xpaの像点の像高は、中点Xpbの像点の像高の2倍よりも短い。このように、従来の投影装置では、物体面上の2つの物点の物体高同士の比率と、像面上のこれらの物点に対応する像点の像高同士の比率とが一致しない。つまり、物体面上の画像パタンに対し像面上の像が歪む。
Considering the increment of the image height yp when the object height xp is increased by the unit distance, this increment becomes smaller as the object height xp is larger due to the nature of the function arctan. For example, consider an object point Xpa and a midpoint Xpb from the object point Xpa to the central object point Qp. On the
本発明の一目的は、fθレンズを用い、光照射対象物の表面上に画像パタンを歪みを低減させて結像させることができ、光照射対象物の表面上で画像パタンの像を走査することができる投影装置を提供することである。 An object of the present invention is to scan an image of an image pattern on the surface of a light irradiation object by using an fθ lens and forming an image on the surface of the light irradiation object with reduced distortion. It is to provide a projection device that can.
本発明の一観点によれば、第1の平面上に画像パタンを生成する画像パタン生成物と、前記第1の平面から到達した光が入射する前側fθレンズと、前記前側fθレンズを透過した光の進行方向を振る偏向光学系と、前記偏向光学系で進行方向を振られた光が入射する後側fθレンズと、前記後側fθレンズを透過した光を照射すべき光照射面を有する光照射対象物を保持する光照射対象物保持機構とを有し、前記第1の平面上の画像パタンが、前記前側fθレンズ及び後側fθレンズを介して前記光照射面に結像するように、前記画像パタン生成物が配置され、かつ、前記光照射対象物保持機構が前記光照射対象物を保持する投影装置が提供される。 According to an aspect of the present invention, an image pattern product that generates an image pattern on a first plane, a front fθ lens on which light that has arrived from the first plane is incident, and the front fθ lens are transmitted A deflecting optical system that swings a traveling direction of light, a rear fθ lens on which light deflected by the deflecting optical system is incident, and a light irradiation surface that is to be irradiated with light transmitted through the rear fθ lens A light irradiation object holding mechanism for holding the light irradiation object, and the image pattern on the first plane forms an image on the light irradiation surface via the front fθ lens and the rear fθ lens. Further, there is provided a projection apparatus in which the image pattern product is arranged and the light irradiation object holding mechanism holds the light irradiation object.
本発明の一観点による投影装置では、第1の平面上の画像パタンを、前側fθレンズ及び後側fθレンズの2つのfθレンズを介して光照射面に結像させることにより、第1の平面上の2つの物点間の距離と、光照射面上の当該2つの物点の像点間の距離とを比例させることができるので、第1の平面上の画像パタンに対して歪みのない像が得られる。また、偏向光学系により、光照射面上で画像パタンの像を走査できる。 In the projection device according to an aspect of the present invention, the first plane is formed by forming an image pattern on the first plane on the light irradiation surface via the two fθ lenses of the front fθ lens and the rear fθ lens. Since the distance between the upper two object points and the distance between the image points of the two object points on the light irradiation surface can be proportional, there is no distortion with respect to the image pattern on the first plane. An image is obtained. Further, the image of the image pattern can be scanned on the light irradiation surface by the deflection optical system.
まず、図1(A)及び図1(B)を参照して、fθレンズが有する性質について説明する。fθレンズLに入射する光線Bと、fθレンズLの光軸Aに平行な方向とがなす角を、光線BのfθレンズLへの入射角θ0とする。fθレンズLを透過して、光軸Aに垂直な平面Fに入射した光線Bの、平面Fへの入射位置をX0とする。光軸Aから入射位置X0までの距離を入射距離x0とする。fθレンズLの光軸A上に、fθレンズLの設計上定められる位置P(これを以下、設計上のミラーの位置Pと呼ぶこととする)が存在する。 First, the properties of the fθ lens will be described with reference to FIGS. An angle formed by the light beam B incident on the fθ lens L and the direction parallel to the optical axis A of the fθ lens L is defined as an incident angle θ0 of the light beam B to the fθ lens L. The incident position on the plane F of the light beam B that has passed through the fθ lens L and entered the plane F perpendicular to the optical axis A is defined as X0. The distance from the optical axis A to the incident position X0 is defined as an incident distance x0. On the optical axis A of the fθ lens L, there is a position P determined by design of the fθ lens L (hereinafter referred to as a design mirror position P).
設計上のミラーの位置Pは、設計上のミラーの位置PからfθレンズLに入射する光線について、fθレンズLへの入射角θ0を変化させたとき、入射距離x0が入射角θ0に比例して変化するような位置である。fθレンズLからその設計上のミラーの位置Pまでの距離を、設計距離と呼ぶこととする。 The design mirror position P is such that the incident distance x0 is proportional to the incident angle θ0 when the incident angle θ0 to the fθ lens L is changed with respect to the light ray incident on the fθ lens L from the design mirror position P. The position will change. The distance from the fθ lens L to the designed mirror position P is called a design distance.
レンズの収差が無視できないとき、設計上のミラーの位置Pとずれた位置からfθレンズLに入射させた光線については、レンズの収差に起因して、入射角θ0と入射距離x0との関係が比例関係からずれる。しかし、設計上のミラーの位置Pに充分近い位置であれば、そこから入射させた光線の入射角θ0と入射距離x0とをほぼ比例させることができる。入射角θ0と入射距離x0とを比例させられるような光線の起点となる位置を、設計上のミラーの位置も含めて、特性位置と呼ぶこととする。設計上のミラーの位置は、収差が最も小さくなるような特性位置とも言える。 When the aberration of the lens cannot be ignored, the relationship between the incident angle θ0 and the incident distance x0 is caused by the aberration of the lens for the light beam incident on the fθ lens L from the position deviated from the designed mirror position P. Deviation from proportionality. However, if the position is sufficiently close to the designed mirror position P, the incident angle θ0 of the light beam incident therefrom can be made substantially proportional to the incident distance x0. The position that becomes the starting point of the light beam that makes the incident angle θ0 and the incident distance x0 proportional can be referred to as a characteristic position including the designed mirror position. It can be said that the design mirror position is a characteristic position where the aberration is minimized.
例えば、図1(A)に示すように、テレセントリックな特性を持つように設計されたfθレンズLについて考える。このfθレンズLでは、設計上のミラーの位置PがfθレンズLの焦点上に配置される。設計距離は焦点距離に等しい。設計上のミラーの位置Pから出発してfθレンズLに入射した光線Bが、fθレンズLで光軸Aと平行な方向に屈折され、平面Fに垂直入射する。このようなfθレンズLでは、設計上のミラーの位置Pから発した光が、fθレンズLを透過した後に平行光となって平面Fに入射する。 For example, consider an fθ lens L designed to have telecentric characteristics as shown in FIG. In the fθ lens L, the designed mirror position P is arranged on the focal point of the fθ lens L. The design distance is equal to the focal length. The light beam B that has entered the fθ lens L starting from the designed mirror position P is refracted in the direction parallel to the optical axis A by the fθ lens L and enters the plane F perpendicularly. In such an fθ lens L, light emitted from the designed mirror position P passes through the fθ lens L and then becomes parallel light and enters the plane F.
テレセントリックなfθレンズLでは、設計上のミラーの位置Pから出発しfθレンズLを透過した光線Bの平面F上の入射位置の範囲が、fθレンズLの光軸Aに平行な視線で見て、fθレンズLに内包される範囲に限られる。 In the telecentric fθ lens L, the range of the incident position on the plane F of the light beam B that has started from the designed mirror position P and transmitted through the fθ lens L is seen by a line of sight parallel to the optical axis A of the fθ lens L. , Fθ lens L is limited to the range included.
また例えば、図1(B)に示すように、設計上のミラーの位置Pから出発しfθレンズLを透過した光線Bが、fθレンズLの光軸Aから離れるように伝搬するfθレンズLについて考える。このようなfθレンズLでは、設計上のミラーの位置Pから発した光が、fθレンズLを透過した後に発散光となって平面Fに入射する。設計上のミラーの位置Pは、fθレンズLの焦点よりもfθレンズLの近くに配置される。このようなfθレンズLを、透過光が発散する特性のfθレンズと呼ぶこととする。 Further, for example, as shown in FIG. 1B, the fθ lens L that propagates away from the optical axis A of the fθ lens L as a light beam B that starts from the designed mirror position P and passes through the fθ lens L. Think. In such an fθ lens L, light emitted from the designed mirror position P passes through the fθ lens L and then enters the plane F as divergent light. The designed mirror position P is arranged closer to the fθ lens L than the focal point of the fθ lens L. Such an fθ lens L is referred to as an fθ lens having a characteristic that transmitted light diverges.
透過光が発散する特性のfθレンズを用いれば、設計上のミラーの位置Pから出発しfθレンズLを透過して平面Fに入射する光線Bの入射位置の範囲を、fθレンズLの光軸Aに平行な視線で見て、fθレンズLに内包される範囲より広げることが可能である。つまり、光軸Aに平行な視線で見てfθレンズLよりも大きな領域への光照射が可能である。 If an fθ lens having a characteristic of diverging transmitted light is used, the range of the incident position of the light beam B starting from the designed mirror position P and passing through the fθ lens L and entering the plane F is defined as the optical axis of the fθ lens L. When viewed from a line of sight parallel to A, it is possible to extend the range of the fθ lens L. That is, it is possible to irradiate light to a region larger than the fθ lens L when viewed from a line of sight parallel to the optical axis A.
次に、図2を参照して、デジタルマイクロミラーデバイス(DMD)について説明する。DMDは、平面OP上に行列状に配置された複数のミラーMと、傾動機構41とを有する。傾動機構41が各ミラーMを傾動させることにより、各ミラーMの姿勢が変化する。各ミラーMは2つの姿勢を取る。ミラーMの反射面が平面OPに平行な姿勢が第1の姿勢であり、ミラーMの反射面が平面OPに対して所定方向に傾いた姿勢が第2の姿勢である。
Next, a digital micromirror device (DMD) will be described with reference to FIG. The DMD has a plurality of mirrors M arranged in a matrix on the plane OP and a
次に、図3を参照して、第1の実施例の投影装置について説明する。光源1が光を放出する。光源1として例えばガス放電型ランプや固体レーザ等を用いることができる。光源1から放出された光が、コリメータ2に入射して平行光にされる。コリメータ2から出射した光がホモジナイザ3を経てDMD4に照射される。ホモジナイザ3が、DMD4の各ミラーMの配置された平面OPに照射される光の断面内の光強度分布を均一に近づける。
Next, the projection apparatus of the first embodiment will be described with reference to FIG. The
ホモジナイザ3として、例えば、アレイレンズ及びコンデンサレンズから構成されるものが用いられる。アレイレンズは、例えば複数のシリンドリカルレンズからなり、アレイレンズに入射した光を複数本の光線束に分割する。アレイレンズで分割された光線束同士をコンデンサレンズが重ね合わせることにより、平面OPに照射される光の断面内の光強度分布が均一に近づけられる。
As the
前側fθレンズ6に、DMD4で反射された光が入射する。第2の姿勢にされたミラーMが、ホモジナイザ3のコンデンサレンズの光軸A3に平行に入射した光線を、前側fθレンズ6の光軸A6に平行に反射させるように、かつ、DMD4の各ミラーMの配置された平面OPが、前側fθレンズ6の光軸A6に垂直となるように、ホモジナイザ3、DMD4、及び前側fθレンズ6が配置されている。
The light reflected by the
なお、アレイレンズ及びコンデンサレンズから構成されるホモジナイザでは、通常、コンデンサレンズの光軸に垂直なホモジナイズ面上で、光断面内の光強度分布が均一に近づけられる。本実施例では、コンデンサレンズの光軸A3に対して平面OPが斜めに傾いているが、コンデンサレンズの焦点距離を充分に長くして焦点深度を深くすることにより、平面OPに照射される光の断面内の光強度分布を充分に均一化できる。 Note that, in a homogenizer composed of an array lens and a condenser lens, the light intensity distribution in the light section is generally made closer to the homogenized surface perpendicular to the optical axis of the condenser lens. In this embodiment, the plane OP is inclined obliquely with respect to the optical axis A3 of the condenser lens. However, the light irradiated onto the plane OP can be obtained by sufficiently increasing the focal length of the condenser lens to increase the focal depth. The light intensity distribution in the cross section can be made sufficiently uniform.
DMD4の各ミラーMが配置された平面OPを、前側fθレンズ6の光軸A6に平行な視線で見たとき、第2の姿勢にされたミラーMの方が、第1の姿勢にされたミラーMよりも明るく見える。複数のミラーMのそれぞれの姿勢を制御することにより、平面OP上に明暗のパタンからなる画像パタンを生成できる。1枚のミラーMが1つの画素となる。各ミラーMが所望の姿勢となるように、制御装置CTRがDMD4を制御する。第1の姿勢にされたミラーMで反射された光が吸収されるように、ダンパ5が配置されている。
When the plane OP on which each mirror M of the
前側fθレンズ6として、テレセントリックな特性のfθレンズを用いることができる。平面OPから前側fθレンズ6の焦点距離だけ離れた位置に、前側fθレンズ6が配置される。前側fθレンズ6の後側の焦点上に、前側fθレンズ6の設計上のミラーの位置P1(以下特性位置P1と呼ぶ)が配置される。
As the
ガルバノミラー7が、揺動するミラーとその駆動機構とを含んで構成される。特性位置P1上に揺動ミラーの反射面が配置されるように、ガルバノミラー7が配置される。ガルバノミラー7は、特性位置P1を通過する光の進行方向を振る。特性位置P1を通過する光の進行方向を所望の方向に振るように、制御装置CTRがガルバノミラー7を制御する。前側fθレンズ6を透過してガルバノミラー7に入射し、ガルバノミラー7で反射された光が、後側fθレンズ8に入射する。
The
後側fθレンズ8として、テレセントリックな特性のfθレンズを用いることができる。fθレンズ8の前側の焦点上に、後側fθレンズ8の設計上のミラーの位置P2(以下特性位置P2と呼ぶ)が配置される。後側fθレンズ8の特性位置P2が前側fθレンズ6の特性位置P1と一致するように、fθレンズ8が配置される。
As the
後側fθレンズ8を透過した光が、光照射対象物9の表面(光照射面)IPに入射する。光照射面IPが後側fθレンズ8の光軸A8に対して垂直となり、後側fθレンズ8から光照射面IPまでの距離が後側fθレンズ8の焦点距離と等しくなるように、保持機構10が光照射対象物9を保持する。
The light transmitted through the
次に、DMD4により平面OP上に生成された画像パタンが、光照射面IPに結像する原理について説明する。平面OP上の1点から発して前側fθレンズ6に入射する光について考える。平面OPから前側fθレンズ6までの距離が前側fθレンズ6の焦点距離と等しいので、この光は前側fθレンズ6で平行光にされる。この平行光がガルバノミラー7で反射された後に後側fθレンズ8に入射する。後側fθレンズ8から光照射面IPまでの距離が後側fθレンズ8の焦点距離と等しいので、この平行光は後側fθレンズ8により光照射面IP上の1点に収束される。
Next, the principle that the image pattern generated on the plane OP by the
従って、平面OP上の画像パタンが光照射面IPに結像する。すなわち、平面OPが物体面となり、光照射面IPが像面となる。これはガルバノミラー7で反射された光の進行方向に依らずに成り立つので、ガルバノミラー7により光照射面IP上で像を走査しても、結像状態が保たれる。前側fθレンズ6の焦点距離をf6とし、後側fθレンズ8の焦点距離をf8とすると、結像倍率はf8/f6と表される。DMD4の第1の姿勢にされたミラーM、及び第2の姿勢にされたミラーMが、それぞれ、光照射面IP上の画像パタンの像中の暗部及び明部に対応する。
Therefore, an image pattern on the plane OP forms an image on the light irradiation surface IP. That is, the plane OP is the object plane, and the light irradiation surface IP is the image plane. Since this is true regardless of the traveling direction of the light reflected by the
次に、平面OP上の画像パタンに対して、光照射面IP上で歪みのない像が得られる原理について説明する。前側fθレンズ6の光軸A6と平面OPとの交点を中心物点Qと呼ぶこととする。中心物点Qから出発し前側fθレンズ6の光軸A6上を伝搬する光線をB1とする。
Next, the principle of obtaining an image without distortion on the light irradiation surface IP with respect to the image pattern on the plane OP will be described. The intersection of the optical axis A6 of the
前側fθレンズ6の光軸A6上を伝搬した光線B1が、ガルバノミラー7で反射されて、後側fθレンズ8の光軸A8上を伝搬するように、ガルバノミラー7の姿勢が固定されている場合について考える。このとき、ガルバノミラー7で反射された光線B1は、後側fθレンズ8の光軸A8と光照射面IPとの交点Rに入射する。中心物点Qの像点Yqが交点R上に配置される。
The posture of the
平面OP上の物点Xから出発し前側fθレンズ6を透過して、前側fθレンズ6の特性位置P1に到達する光線B2について考える。前側fθレンズ6を透過して特性位置P1に到達する光線B2と、前側fθレンズ6の光軸A6とがなす角を、光線B2の特性位置P1への入射角θと定義する。なお、中心物点Qから出発して特性位置P1に到達する光線B1と、物点Xから出発して特性位置P1に到達する光線B2とのなす角を、光線B2の入射角θとしても同等である。平面OP上の物点Xの物体高xが、前側fθレンズ6の光軸A6からの距離で定義される。なお、中心物点Qから物点Xまでの距離を物点Xの物体高としても同等である。
Consider a light ray B2 that starts from an object point X on the plane OP, passes through the
特性位置P1から出発して光線B2の経路を逆に辿る光線は、入射角θで前側fθレンズ6に入射し、前側fθレンズ6を透過して物点Xに入射する。従って、光線B2の特性位置P1への入射角θと物体高xとは比例関係にある。すなわち、物体高xを変化させたとき、特性位置P1への入射角θは物体高xに比例して変化する。
A light ray starting from the characteristic position P1 and following the path of the light ray B2 in the opposite direction enters the
特性位置P1に到達した光線B2は、ガルバノミラー7で反射されて後側fθレンズ8に入射する。後側fθレンズ8を透過した光線B2が、光照射面IP上の像点Yに到達する。光照射面IP上の像点Yの像高yが、後側fθレンズ8の光軸A8からの距離で定義される。中心物点Qの像点Yqが、後側fθレンズ8の光軸A8と光照射面IPとの交点R上に配置されているとき、光照射面IP上の像点の像高は、中心物点Qの像点Yqから当該像点までの距離と一致する。
The light beam B2 that has reached the characteristic position P1 is reflected by the
特性位置P1に相互に角度αをなして入射する2本の光線について考える。ガルバノミラー7は、特性位置P1で反射されたこれら2本の光線の相互になす角がαとなるように、両光線を反射させる。従って、前側fθレンズ6の光軸A6上を伝搬し特性位置P1に入射する光線B1、及び物点Xから出発し前側fθレンズ6を透過して特性位置P1に入射する光線B2がなす角(光線B2の特性位置P1への入射角)と、ガルバノミラー7で反射された光線B1及びB2がなす角とが等しい。
Consider two light rays incident on the characteristic position P1 at an angle α. The
ガルバノミラー7で反射された光線B1が後側fθレンズ8の光軸A8上を伝搬するので、ガルバノミラー7で反射された光線B1及びB2がなす角は、光線B2の後側fθレンズ8への入射角と等しい。従って、物点Xから出発した光線B2の後側fθレンズ8への入射角が、光線B2の特性位置P1への入射角θと等しい。
Since the light beam B1 reflected by the
さらに、後側fθレンズ8の特性位置P2が前側fθレンズ6の特性位置P1と一致しているので、前側fθレンズ6の特性位置P1で反射された光線B2は、後側fθレンズ8の特性位置P2から後側fθレンズ8に入射する。これにより、物点Xから出発した光線B2の後側fθレンズ8への入射角θと、物点Xの像点Yの像高yとが比例する。
Further, since the characteristic position P2 of the
物体高x及び像高yがともに角度θと比例関係にあるので、物体高xと像高yとが相互に比例関係にある。すなわち、物体高xを変化させたとき、像高yが物体高xに比例して変化する。 Since the object height x and the image height y are both proportional to the angle θ, the object height x and the image height y are proportional to each other. That is, when the object height x is changed, the image height y changes in proportion to the object height x.
例えば、平面OP上のある物点Xaと、物点Xaから中心物点Qまでの中点Xbとについて考える。平面OP上において、物点Xaの物体高は、中点Xbの物体高の2倍である。物体高と像高とが相互に比例関係にあるので、物点Xaの像点の像高(物点Xaの像点の、中心物点Qの像点Yqからの距離)は、中点Xbの像点の像高(物点Xbの像点の、中心物点Qの像点Yqからの距離)の2倍となる。 For example, consider an object point Xa on the plane OP and a midpoint Xb from the object point Xa to the central object point Q. On the plane OP, the object height of the object point Xa is twice the object height of the midpoint Xb. Since the object height and the image height are proportional to each other, the image height of the object point Xa (the distance of the image point of the object point Xa from the image point Yq of the center object point Q) is the midpoint Xb. Is twice the image height (the distance of the image point of the object point Xb from the image point Yq of the center object point Q).
このように、平面OP上の2つの物点の物体高同士の比率と、光照射面IP上のこれらの物点に対応する像点の像高同士の比率とが一致する。つまり、平面OP上の画像パタンに対して歪みのない像を得ることができる。 As described above, the ratio between the object heights of the two object points on the plane OP matches the ratio between the image heights of the image points corresponding to these object points on the light irradiation surface IP. That is, an image having no distortion can be obtained with respect to the image pattern on the plane OP.
次に、図4を参照して、ガルバノミラー7により光照射面IP上で像を走査しても、像に歪みのない状態が保たれる原理について説明する。前側fθレンズ6の光軸A6上を伝搬してガルバノミラー7で反射された光線B1と、後側fθレンズ8の光軸A8とがなす角を、走査角と定義する。上記の説明では、走査角が0°である場合について説明した。
Next, with reference to FIG. 4, the principle of maintaining an image without distortion even when the image is scanned on the light irradiation surface IP by the
図4は、走査角がθsである状態を示す。このとき、平面OP上の中心物点Qから出発し前側fθレンズ6の光軸A6上を伝搬した光線B1は、ガルバノミラー7で反射され、後側fθレンズ8に入射角θsで入射し、光照射面IP上の像点Yqsに到達する。
FIG. 4 shows a state where the scanning angle is θs. At this time, the light beam B1 starting from the central object point Q on the plane OP and propagating on the optical axis A6 of the
また、平面OP上の物点Xから出発し特性位置P1に入射角θで入射した光線B2は、ガルバノミラー7で反射され、後側fθレンズ8に入射角θ+θsで入射し、光照射面IP上の像点Ysに到達する。中心物点Qの像点Yqs及び物点Xの像点Ysの像高を、それぞれyqs及びysとする。
Also, the light beam B2 starting from the object point X on the plane OP and incident on the characteristic position P1 at the incident angle θ is reflected by the
後側fθレンズ8への入射角と光照射面IP上の像点の像高とが比例するので、中心物点Qから出発した光線B1の後側fθレンズ8への入射角θsとその像点Yqsの像高yqsとの関係、及び、物点Xから出発した光線B2の後側fθレンズ8への入射角θs+θとその像点Ysの像高ysとの関係は、定数cを用いて、
yqs=cθs ・・・(4)
ys=c(θs+θ) ・・・(5)
と表せる。
Since the incident angle to the
yqs = cθs (4)
ys = c (θs + θ) (5)
It can be expressed.
また、図3を参照して説明したように、走査角がゼロのとき、物点Xから出発した光線B2の後側fθレンズ8への入射角θとその像点Yの像高yとの関係は、
y=cθ ・・・(6)
と表せる。
Further, as described with reference to FIG. 3, when the scanning angle is zero, the incident angle θ of the light beam B2 starting from the object point X to the
y = cθ (6)
It can be expressed.
式(4)及び(6)の右辺の和が式(5)の右辺と等しいので、
ys=yqs+y ・・・(7)
という関係が導かれる。これより、走査角θs分の走査に伴い、物点Xの像点は中心物点Qの像点の移動距離yqsだけ移動し、中心物点Qの像点から物点Xの像点までの距離(これを物点Xの像点の相対像高と呼ぶこととする)はyのまま不変であることがわかる。つまり、走査に伴って、像は中心物点Qの像点の移動距離だけ単に平行移動する。従って、ガルバノミラー7で像を走査しても、走査に伴う像の歪みは発生しない。
Since the sum of the right side of the equations (4) and (6) is equal to the right side of the equation (5),
ys = yqs + y (7)
The relationship is derived. As a result, the image point of the object point X moves by the moving distance yqs of the image point of the central object point Q along with the scan of the scan angle θs, and the image point of the object point X from the image point of the central object point Q to the image point of the object point X. It can be seen that the distance (referred to as the relative image height of the image point of the object point X) remains unchanged as y. In other words, the image is simply translated by the movement distance of the image point of the central object point Q along with the scanning. Therefore, even if the
以上の考察は、以下のようにまとめられる。物点Xの物体高と、物点Xから出発した光線B2の前側fθレンズ6の特性位置P1への入射角θとが比例する。中心物点Qから出発し特性位置P1で進行方向を振られた光線B1の後側fθレンズ8への入射角と、物点Xから出発し特性位置P1で進行方向を振られた光線B2の後側fθレンズ8への入射角との差(これを相対入射角と呼ぶこととする)が、光線B2の特性位置P1への入射角θと等しい。
The above considerations can be summarized as follows. The object height of the object point X and the incident angle θ of the light ray B2 starting from the object point X to the characteristic position P1 of the
後側fθレンズ8の特性位置P2が前側fθレンズ6の特性位置P1と一致しているので、相対入射角θが、中心物点Qの像点から物点Xの像点までの距離(相対像高)と比例する。従って、物点Xの物体高とその像点の相対像高とが比例する。すなわち、中心物点Qから物点Xまでの距離と、中心物点Qの像点から物点Xの像点までの距離とが比例する。相対入射角が特性位置P1への入射角θと等しい状態は、走査によって変わらないので、走査をしても相対像高は変わらず、物体高と相対像高との比例関係は保たれる。このようにして、歪みのない像を走査することができる。
Since the characteristic position P2 of the
以上説明したように、実施例による投影装置を用いれば、DMDの生成した画像パタンに対して歪みのない像を得ることができ、歪みのない像を光照射面上で走査することができる。なお、前側fθレンズ及び後側fθレンズとして、テレセントリックな特性を持たないものを用いることもできる。 As described above, by using the projection apparatus according to the embodiment, an image without distortion can be obtained with respect to the image pattern generated by the DMD, and an image without distortion can be scanned on the light irradiation surface. In addition, as the front fθ lens and the rear fθ lens, those having no telecentric characteristics can be used.
1つのガルバノミラーを用いる場合、像は光照射面上で1次元方向に走査される。光照射面上で2次元方向に像を走査したい場合もある。2次元方向に走査する場合は、一方向に像を走査するためのガルバノミラー(これをX用ガルバノミラーと呼ぶこととする)と、この方向と交差する方向に像を走査するためのガルバノミラー(これをY用ガルバノミラーと呼ぶこととする)の2つのガルバノミラーが用いられる。 When one galvanometer mirror is used, the image is scanned in a one-dimensional direction on the light irradiation surface. There is a case where it is desired to scan an image in a two-dimensional direction on the light irradiation surface. When scanning in a two-dimensional direction, a galvanometer mirror for scanning an image in one direction (referred to as a galvanometer mirror for X) and a galvanometer mirror for scanning an image in a direction crossing this direction. Two galvanometer mirrors (hereinafter referred to as Y galvanometer mirrors) are used.
次に、図5(A)及び図5(B)を参照して、第2の実施例の投影装置について説明する。第2の実施例の投影装置において、前側fθレンズよりも前側(光源側)の光学系の構成、及び後側fθレンズよりも後側(光照射対象物側)の光学系の構成は、第1の実施例の装置と同様である。 Next, a projection apparatus according to a second embodiment will be described with reference to FIGS. 5 (A) and 5 (B). In the projection apparatus of the second embodiment, the configuration of the optical system on the front side (light source side) with respect to the front fθ lens and the configuration of the optical system on the rear side (light irradiation object side) with respect to the rear fθ lens are The apparatus is the same as that of the first embodiment.
図5(A)に、前側fθレンズ16から後側fθレンズ18までの光学系の構成を概略的に示す。第1の実施例と同様に、平面OP上から前側fθレンズ16までの距離が前側fθレンズ16の焦点距離と等しくされ、後側fθレンズ18から光照射面IPまでの距離が後側fθレンズ18の焦点距離と等しくされており、平面OP上の物点が光照射面IPに結像する。
FIG. 5A schematically shows the configuration of the optical system from the
前側fθレンズ16を透過した光が、X用ガルバノミラー17x及びY用ガルバノミラー17yで順次反射されて、後側fθレンズ18に入射する。制御装置CTR1が、ガルバノミラー17x及び17yを制御する。
The light transmitted through the
X用ガルバノミラー17x及びY用ガルバノミラー17yのそれぞれについて基準姿勢が定められている。ガルバノミラー17x及び17yの双方が基準姿勢にされているとき、前側fθレンズ16の光軸A16上を伝搬した光線B11が、X用ガルバノミラー17xで反射され、さらにY用ガルバノミラー17yで反射されて後側fθレンズ18の光軸A18上を伝搬するように、fθレンズ16及び18と、ガルバノミラー17x及び17yとが配置されている。
A reference posture is determined for each of the
前側fθレンズ16から、その光軸A16上に定められた設計上のミラーの位置P11までの間に、X用ガルバノミラー17xが配置されている。前側fθレンズ16の光軸A16上を伝搬してX用ガルバノミラー17xで反射された光線B11の経路上で、前側fθレンズ16からその設計距離だけ離れた位置をS1とする。位置S1から出発してX用ガルバノミラー17xで反射された光線と、X用ガルバノミラー17xが配置されていない場合に設計上のミラーの位置P11から出発した光線とは、前側fθレンズ16への入射光線として等価である。従って、この光学系では位置S1が前側fθレンズ16の設計上のミラーの位置として働く。
An
後側fθレンズ18から、その光軸A18上に定められた設計上のミラーの位置P12までの間に、Y用ガルバノミラー17yが配置されている。後側fθレンズ18の光軸A18上を伝搬してY用ガルバノミラー17yで反射された光線の経路上で、後側fθレンズ18からその設計距離だけ離れた位置をS2とする。位置S2から発してY用ガルバノミラー17yで反射された光線と、Y用ガルバノミラー17yが配置されていない場合に設計上のミラーの位置P12から発した光線とは、後側fθレンズ18への入射光線として等価である。従って、この光学系では位置S2が前側fθレンズ16の設計上のミラーの位置として働く。
ガルバノミラー17x及び17yの双方が基準姿勢にされているとき、設計上のミラーの位置S1とS2とが一致するように、fθレンズ16及び8Aと、ガルバノミラー17x及び17yとが配置されている。このときに設計上のミラーの位置S1及びS2が配置される位置を、基準特性位置S0と呼ぶこととする。
When both the galvanometer mirrors 17x and 17y are in the reference posture, the
例えば、前側fθレンズ16の光軸A16上を伝搬しX用ガルバノミラー17x及びY用ガルバノミラー17yで反射されて後側fθレンズ18の光軸A18上を伝搬する光線B11の、X用ガルバノミラー17xの反射面上の入射位置からY用ガルバノミラー17yの反射面上の入射位置までの中点に、基準特性位置S0が配置される。
For example, the X galvanometer mirror of the light beam B11 propagating on the optical axis A16 of the
平面OP上の中心物点Qから出発して前側fθレンズ16の光軸A16上を伝搬し、X用ガルバノミラー17xで反射され、設計上のミラーの位置S1に入射する光線B11と、平面OP上の物点Xから出発して前側fθレンズ16を透過し、X用ガルバノミラー17xで反射され、設計上のミラーの位置S1に入射する光線B12とのなす角を、光線B12の設計上のミラーの位置S1への入射角θ1と定義する。X用ガルバノミラー17xが配置されていない場合に、物点Xから出発し前側fθレンズ16を透過して設計上のミラーの位置P11に入射する光線と、前側fθレンズ16の光軸A16とがなす角がθ1と等しい。物点Xの物体高と入射角θ1とが比例する。
Starting from the center object point Q on the plane OP, propagating on the optical axis A16 of the
設計上のミラーの位置S1を通過した光線B11及びB12のなす角がθ1である。Y用ガルバノミラー17yは、Y用ガルバノミラー17yで進行方向を振られた光線B11及びB12のなす角がθ1となるように、光線B11及びB12の進行方向を振る。中心物点Qから出発した光線B11の後側fθレンズ18への入射角と、物点Xから出発した光線B12の後側fθレンズ18への入射角との差(これを光線B12の後側fθレンズ18への相対入射角と呼ぶこととする)が角度θ1となる。
The angle formed by the light beams B11 and B12 that have passed through the designed mirror position S1 is θ1. The
後側fθレンズ18の設計上のミラーの位置S2が、前側fθレンズ16の設計上のミラーの位置S1と一致しているとき、中心物点Qから出発し設計上のミラーの位置S1に到達した光線B11、及び、物点Xから出発し設計上のミラーの位置S1に到達した光線B12が、設計上のミラーの位置S2から後側fθレンズ18へ入射する。
When the design mirror position S2 of the
このとき、光照射面IP上の中心物点Qの像点から物点Xの像点までの距離(物点Xの像点の相対像高)が、物点Xから出発した光線B12の後側fθレンズ18への相対入射角θ1に比例する。従って、物点Xの物体高とその像点の相対像高とが比例し、歪みのない像が得られる。
At this time, the distance from the image point of the central object point Q to the image point of the object point X on the light irradiation surface IP (relative image height of the image point of the object point X) is after the light ray B12 starting from the object point X. It is proportional to the relative incident angle θ1 to the
図5(B)は、ガルバノミラー17x及び17yのそれぞれの姿勢が、像の走査に伴い基準姿勢から変化した場合の光路について示す。ガルバノミラー17x及び17yの姿勢がそれぞれ基準姿勢から変化すると、設計上のミラーの位置S1及びS2がそれぞれ基準特性位置S0から変位し、設計上のミラーの位置S1及びS2が相互にずれる。 FIG. 5B shows an optical path when the postures of the galvanometer mirrors 17x and 17y are changed from the reference posture along with image scanning. When the postures of the galvanometer mirrors 17x and 17y change from the reference posture, the designed mirror positions S1 and S2 are displaced from the reference characteristic position S0, respectively, and the designed mirror positions S1 and S2 are shifted from each other.
後側fθレンズ18の収差が無視できないとき、前側fθレンズ16の設計上のミラーの位置S1が、後側fθレンズ18の設計上のミラーの位置S2からずれると、相対入射角と相対像高との関係が比例関係からずれる。しかし、設計上のミラーの位置S1の設計上のミラーの位置S2からの位置ずれが充分に小さければ、設計上のミラーの位置S1が配置された位置を、後側fθレンズ18の特性位置として用いることができる。つまり、相対入射角と相対像高との関係をほぼ比例関係とすることができ、ほぼ歪みのない像が得られる。
When the aberration of the
前側fθレンズ16の光軸A16上を伝搬し、X用ガルバノミラー17xで反射され、設計上のミラーの位置S1を通過してY用ガルバノミラー17yに入射する光線B11の、X用ガルバノミラー17xの反射面への入射位置をT1fとし、Y用ガルバノミラー17yの反射面への入射位置をT1bとする。
The
X用ガルバノミラー17xで反射されて設計上のミラーの位置S2を通過し、Y用ガルバノミラー17yで反射されて後側fθレンズ18の光軸A18上を伝搬する光線B13について考える。光線B13の、X用ガルバノミラー17xの反射面への入射位置をT2fとし、Y用ガルバノミラー17yの反射面への入射位置をT2bとする。
Consider a light beam B13 reflected by the
X用ガルバノミラー17xの反射面上の入射位置T1fから設計上のミラーの位置S1までの距離を短くするほど、X用ガルバノミラー17xでの走査に伴う基準特性位置S0からの設計上のミラーの位置S1のずれを小さくでき、設計上のミラーの位置S1を設計上のミラーの位置S2に近づけやすい。
The shorter the distance from the incident position T1f on the reflecting surface of the
設計上のミラーの位置S2からY用ガルバノミラー17yの反射面上の入射位置T2bまでの距離を短くするほど、Y用ガルバノミラー17yでの走査に伴う基準特性位置からの設計上のミラーの位置S2のずれを小さくでき、設計上のミラーの位置S1を設計上のミラーの位置S2に近づけやすい。
As the distance from the design mirror position S2 to the incident position T2b on the reflection surface of the
なお、ガルバノミラー17xの近くに設計上のミラーの位置S1が配置され、ガルバノミラー17yの近くに設計上のミラーの位置S2が配置されているとき、設計上のミラーの位置S1及びS2を相互に近づけると、ガルバノミラー17x及び17yが相互に近づく。
When the designed mirror position S1 is arranged near the
以上説明したように、第2の実施例の投影装置では、ガルバノミラー17xと17yとの間に、前側fθレンズ及び後側fθレンズの設計上のミラーの位置S1及びS2を配置することにより、両fθレンズの設計上のミラーの位置同士を近づけやすい。これにより、前側fθレンズの特性位置を後側fθレンズの特性位置として用いることができ、ほぼ歪みのない像を光照射面IP上で2次元方向に走査できる。 As described above, in the projection apparatus of the second embodiment, by arranging the design mirror positions S1 and S2 of the front fθ lens and the rear fθ lens between the galvanometer mirrors 17x and 17y, It is easy to bring the mirror positions on the design of both fθ lenses closer to each other. Thereby, the characteristic position of the front fθ lens can be used as the characteristic position of the rear fθ lens, and an image with almost no distortion can be scanned in the two-dimensional direction on the light irradiation surface IP.
なお、1枚のミラーで光照射面上の光の入射位置を2次元方向に走査できるような光偏向器(例えば微小電気機械システム(MEMS)技術を用いたミラー)も存在する。このような光偏向器の反射面を、第1の実施例で特性位置P1及びP2が配置されている位置に配置すれば、歪みのない像を光照射面上で2次元方向に走査できる。 There is also an optical deflector (for example, a mirror using a micro electro mechanical system (MEMS) technology) that can scan the incident position of light on the light irradiation surface in a two-dimensional direction with a single mirror. If the reflection surface of such an optical deflector is disposed at the position where the characteristic positions P1 and P2 are disposed in the first embodiment, an image without distortion can be scanned in a two-dimensional direction on the light irradiation surface.
次に、図6を参照して、第3の実施例による投影装置について説明する。第3の実施例の投影装置において、前側fθレンズの特性位置よりも前側(光源側)の光学系の構成は、第1の実施例の投影装置と同様である。図6に、前側fθレンズ6の特性位置P1から後側(光照射対象物側)の光学系を概略的に示す。
Next, a projection apparatus according to a third embodiment will be described with reference to FIG. In the projection apparatus of the third embodiment, the configuration of the optical system on the front side (light source side) with respect to the characteristic position of the front fθ lens is the same as that of the projection apparatus of the first embodiment. FIG. 6 schematically shows an optical system on the rear side (light irradiation object side) from the characteristic position P1 of the
前側fθレンズ6の特性位置P1上にX用ガルバノミラー27xの反射面が配置され、X用ガルバノミラー27xが、前側fθレンズ6の特性位置P1を通過する光の進行方向を振る。X用ガルバノミラー27xで反射された光が、レンズ20とレンズ21とを透過して、Y用ガルバノミラー27yで反射される。Y用ガルバノミラー27yで反射された光が、後側fθレンズ28を透過して、光照射対象物9の光照射面IPに入射する。保持機構10が光照射対象物9を保持する。光照射面IPが後側fθレンズ28の光軸A28に対して垂直であり、後側fθレンズ28から光照射面IPまでの距離が後側fθレンズ28の焦点距離と等しい。
The reflection surface of the
後側fθレンズ28の光軸A28上に定められた設計上のミラーの位置P22(以下特性位置P22と呼ぶ)上に反射面が配置されるように、Y用ガルバノミラー27yが配置される。Y用ガルバノミラー27yは、特性位置P22を通過する光の進行方向を振る。制御装置CTR2が、ガルバノミラー27x及び27yを制御する。
The
レンズ20及びレンズ21は共通の光軸A20を有する。前側fθレンズ6の特性位置P1及び後側fθレンズ28の特性位置P22を、光軸A20が通過するように、レンズ20及び21が配置される。
The
レンズ20及びレンズ21は、ともに焦点距離fを有する。前側fθレンズ6の特性位置P1からレンズ20までの距離が焦点距離fと等しく、レンズ21から後側fθレンズ28の特性位置P22までの距離が焦点距離fと等しくなるように、レンズ20及び21が配置されている。このため、前側fθレンズ6の特性位置P1を通過した光線は、レンズ20により光軸A20と平行にされ、レンズ21で屈折されて、後側fθレンズ28の特性位置P22に到達する。また、特性位置P1を通過してレンズ20に入射する光線と光軸A20とのなす角が、レンズ21を透過して特性位置P22に到達する光線と光軸A20とのなす角に等しくなる。
Both the
レンズ20からレンズ21までの距離は焦点距離fの2倍である。すなわち、レンズ20の後側焦点とレンズ21の前側焦点とが一致するように、レンズ20及び21が配置されている。このため、レンズ20に入射した平行光は、レンズ20の後側焦点かつレンズ21の前側焦点に収束され、レンズ21により再び平行光にされる。
The distance from the
次に、平面OP上の画像パタンが、光照射面IPに結像する原理について説明する。第1の実施例で説明したように、平面OP上の1点から発した光は、前側fθレンズ6で平行光にされる。この平行光がX用ガルバノミラー27xを経てレンズ20に入射する。レンズ20に入射した平行光は、レンズ21から平行光として出射する。レンズ21から出射した平行光が、Y用ガルバノミラー27yを経て後側fθレンズ28に入射する。後側fθレンズ28から光照射面IPまでの距離が後側fθレンズ28の焦点距離と等しいので、この平行光は後側fθレンズ28により光照射面IP上の1点に収束される。
Next, the principle by which the image pattern on the plane OP forms an image on the light irradiation surface IP will be described. As described in the first embodiment, light emitted from one point on the plane OP is converted into parallel light by the
従って、平面OP上の画像パタンが光照射面IPに結像する。これはガルバノミラー27x及び27yで反射された光の進行方向に依らずに成り立つので、ガルバノミラー27x及び27yにより光照射面IP上で像を走査しても、結像状態が保たれる。 Therefore, an image pattern on the plane OP forms an image on the light irradiation surface IP. This is true regardless of the traveling direction of the light reflected by the galvanometer mirrors 27x and 27y. Therefore, even if the galvanometer mirrors 27x and 27y scan the image on the light irradiation surface IP, the image formation state is maintained.
次に、平面OP上の画像パタンに対して、光照射面IP上で歪みのない像が得られる原理について説明する。平面OP上の中心物点Qから出発し前側fθレンズ6の光軸A6上を伝搬して特性位置P1に到達した光線B21、及び、平面OP上の物点Xから出発し前側fθレンズ6の特性位置P1に入射角θで入射した光線B22が、それぞれ、X用ガルバノミラー27xで反射されてレンズ20に入射する。レンズ20に入射する光線B21とレンズ20の光軸A20がなす角と、レンズ20に入射する光線B22とレンズ20の光軸A20がなす角との差が、光線B21の特性位置P1への入射角θと等しい。
Next, the principle of obtaining an image without distortion on the light irradiation surface IP with respect to the image pattern on the plane OP will be described. Starting from the center object point Q on the plane OP, propagating on the optical axis A6 of the
レンズ20及び21を透過した光線B21及びB22が、後側fθレンズ28の特性位置P22に到達する。レンズ21を透過して特性位置P22に到達する光線B21とレンズ21の光軸A20がなす角と、レンズ21を透過して特性位置P22に到達する光線B22とレンズ21の光軸A20がなす角との差も、光線B21の前側fθレンズ6の特性位置P1への入射角θと等しい。
Light rays B21 and B22 transmitted through the
後側fθレンズ28の特性位置P22でY用ガルバノミラー27yに反射されて後側fθレンズ28に入射する光線B21及びB22の、後側fθレンズ28への入射角の差βを、光線B22の後側fθレンズ28への相対入射角βと呼ぶこととする。光線B22の後側fθレンズ28への相対入射角βが、光線B22の前側fθレンズ6の特性位置P1への入射角θと等しくなる。相対入射角βが特性位置P1への入射角θと等しい状態は、ガルバノミラー27x及び27yによる走査をしても変化しない。
A difference β between the incident angles of the light beams B21 and B22 that are reflected by the
中心物点Qから出発し後側fθレンズ28を透過した光線B21が、像点Yq2に到達し、物点Xから出発し後側fθレンズ28を透過した光線B22が、像点Y2に到達する。光線B21及びB22が、後側fθレンズ28の特性位置P22から後側fθレンズ28に入射するので、光線B22の後側fθレンズ28への相対入射角βが、像点Yq2から像点Y2までの距離(像点Y2の相対像高)と比例する。
A light beam B21 starting from the central object point Q and transmitted through the
さらに、物点Xから出発した光線B22の、前側fθレンズ6の特性位置P1への入射角θが物点Xの物体高と比例するので、物点Xの物体高とその像点Y2の相対像高とが比例する。なお、この状態は走査をしても変化しない。従って、第3の実施例の投影装置を用いれば、歪みのない像が得られ、光照射面上で像を2次元方向に走査することができる。
Further, since the incident angle θ of the light ray B22 starting from the object point X to the characteristic position P1 of the
次に、第4の実施例による光照射方法について説明する。この光照射方法は、例えば第3の実施例の投影装置を用いて行われる。本実施例で、光照射対象物9は、表面にフォトレジストが塗布されたプリント基板である。例えば、光照射工程の後に、光を照射された領域のフォトレジストが除去され、この領域に金属配線が形成される。
Next, a light irradiation method according to the fourth embodiment will be described. This light irradiation method is performed using, for example, the projection apparatus of the third embodiment. In this embodiment, the
プリント基板の形状及び大きさは、500mm角の正方形である。プリント基板を保持する保持機構10としてXYステージが用いられる。平面OP上の画像パタンが生成される領域(これを画像パタンの外形と呼ぶこととする)の形状及び大きさを、10mm角の正方形とする。DMD4の各ミラーMの形状及び大きさを、15μm角の正方形とする。結像倍率を1/5とする。画像パタンの外形の像の形状及び大きさは、2mm角の正方形となり、DMD4の1枚のミラーMに対応する領域の像の形状及び大きさは、3μm角の正方形となる。
The shape and size of the printed circuit board is a 500 mm square. An XY stage is used as the holding
図7を参照して、さらに説明を続ける。プリント基板9が、XYステージ10に保持されている。プリント基板9の光照射面(フォトレジストの表面)IPが、行列状に配置された複数個の走査領域SAに分割されている。1つの走査領域SAの形状及び大きさは、50mm角の正方形である。X用及びY用ガルバノミラーにより1つの走査領域SA内で像を走査可能である。XYステージ10でプリント基板9を光照射面IPに平行な方向に移動させることにより、所望の走査領域SAに対してガルバノミラーによる像の走査が行われる。
Further description will be continued with reference to FIG. A printed
各走査領域SAの内部が、行列状に配置された複数個の結像領域IAに分割されている。各結像領域IAは、画像パタンの外形の像と合同である。結像領域IAごとに、所望の画像パタンの像が投影され、フォトレジストが露光される。ガルバノミラーによる走査により、単位領域SA内の所望の結像領域IAが露光される。 Each scanning area SA is divided into a plurality of imaging areas IA arranged in a matrix. Each imaging area IA is congruent with the image of the outer shape of the image pattern. For each imaging area IA, an image of a desired image pattern is projected, and the photoresist is exposed. A desired imaging area IA in the unit area SA is exposed by scanning with a galvanometer mirror.
光照射面IP上に画定される走査領域SAの個数は、(500mm×500mm)/(50mm×50mm)という式で求められ、100個となる。各走査領域SA内に画定される結像領域IAの個数は、(50mm×50mm)/(2mm×2mm)という式で求められ、625個となる。 The number of scanning areas SA defined on the light irradiation surface IP is obtained by the formula of (500 mm × 500 mm) / (50 mm × 50 mm), and is 100. The number of image forming areas IA defined in each scanning area SA is obtained by the formula (50 mm × 50 mm) / (2 mm × 2 mm), and is 625.
次に、光照射面IP全体の露光に要する時間について説明する。ガルバノミラーの動作周波数を1kHzとする。つまり、1msに1つの結像領域IAが露光されるとする。1つの走査領域SAを露光するのに要する時間は、625個×1msという式から625msと見積もられる。 Next, the time required for exposure of the entire light irradiation surface IP will be described. The operating frequency of the galvanometer mirror is 1 kHz. That is, assume that one imaging area IA is exposed in 1 ms. The time required to expose one scanning area SA is estimated to be 625 ms from the equation of 625 × 1 ms.
未走査の単位領域SAを走査可能な位置に移動させる時間(XYステージ10によるステップアンドリピート動作とアライメントに要する時間)を0.5sとする。この時間まで考慮すると、1つの走査領域SAを露光するのに要する時間は、1.125s(=0.625s+0.5s)となる。従って、光照射面IP全体の露光に要する時間は、100個×1.125sという式から112.5sと見積もられる。 The time required to move the unscanned unit area SA to a scannable position (time required for the step-and-repeat operation and alignment by the XY stage 10) is 0.5 s. Considering this time, the time required for exposing one scanning area SA is 1.125 s (= 0.625 s + 0.5 s). Therefore, the time required for exposure of the entire light irradiation surface IP is estimated to be 112.5 s from the equation of 100 × 1.125 s.
次に、図8を参照して、第5の実施例による投影装置及び光照射方法について説明する。本実施例の投影装置は、例えば第3の実施例と同様な投影装置を複数台並べることにより構成される。 Next, a projection apparatus and a light irradiation method according to the fifth embodiment will be described with reference to FIG. The projection apparatus of the present embodiment is configured by arranging a plurality of projection apparatuses similar to those of the third embodiment, for example.
光照射面IPが、第4の実施例と同様に、行列状に配置された複数の走査領域SAに分割されている。走査領域SAの列ごとに、1台の投影装置が配置される。各投影装置の後側fθレンズ48が、走査領域SAのある1行の、相互に隣接する各走査領域SAの上に一つずつ配置されている。
The light irradiation surface IP is divided into a plurality of scanning areas SA arranged in a matrix as in the fourth embodiment. One projector is arranged for each column of the scanning area SA. One
相互に隣接する後側fθレンズ48同士が干渉しないよう、後側fθレンズ48の光軸に平行な視線で見て、走査領域SA内にそれに対応する後側fθレンズ48が含まれるように、後側fθレンズ48の大きさが制限される。後側fθレンズ48よりも大きな走査領域SAに露光が行えるように、後側fθレンズ48として、透過光が発散する特性のfθレンズが用いられる。
In order that the
例えば10台の投影装置を並べれば、走査領域SAが10個並んだ行を同時に露光できる。このため、このような装置を用いれば、光照射面IP全体の露光に要する時間を、第4の実施例のそれの1/10程度に短縮することが可能となる。 For example, if ten projectors are arranged, a row in which ten scanning areas SA are arranged can be exposed simultaneously. For this reason, if such an apparatus is used, the time required for the exposure of the entire light irradiation surface IP can be shortened to about 1/10 of that of the fourth embodiment.
次に、図9を参照して、第6の実施例による投影装置及び光照射方法について説明する。本実施例の投影装置も、第5の実施例と同様に、例えば第3の実施例と同様な投影装置を複数台並べることにより構成される。後側fθレンズの並べ方が第5の実施例と異なる。 Next, a projection apparatus and a light irradiation method according to the sixth embodiment will be described with reference to FIG. Similarly to the fifth embodiment, the projection apparatus according to the present embodiment is configured by, for example, arranging a plurality of projection apparatuses similar to those of the third embodiment. The arrangement of the rear fθ lenses is different from that of the fifth embodiment.
光照射面IPが、第4及び第5の実施例と同様に、行列状に配置された複数の走査領域SAに分割されている。走査領域SAの列ごとに、1台の投影装置が配置される。第6の実施例では、走査領域SAのある2行ROW1及びROW2の上に、千鳥状に後側fθレンズ58が配置される。すなわち、行ROW1上に、走査領域SA一つ置きに(走査領域SAの列1列置きに)後側fθレンズ58が配置され、行ROW2のうち、行ROW1上で後側fθレンズ58が配置されなかった列に対応する走査領域SA上に、後側fθレンズ58が配置されている。
As in the fourth and fifth embodiments, the light irradiation surface IP is divided into a plurality of scanning areas SA arranged in a matrix. One projector is arranged for each column of the scanning area SA. In the sixth embodiment,
このような配置では、相互に隣接する後側fθレンズ同士の間隔が第5の実施例のそれよりも広くなる。このため、後側fθレンズの大きさの選択の自由度が大きい。例えば、後側fθレンズ58の光軸に平行な視線で見て、後側fθレンズ58を走査領域SAよりも大きくすることができるので、後側fθレンズ58としてテレセントリックな特性のものを用いることもできる。
In such an arrangement, the distance between the rear fθ lenses adjacent to each other is wider than that of the fifth embodiment. For this reason, the degree of freedom in selecting the size of the rear fθ lens is great. For example, since the
第5の実施例と同様に、例えば10台の投影装置を用いれば、同時に10個の走査領域SAを露光できるので、光照射面IP全体の露光に要する時間を、第4の実施例のそれの1/10程度に短縮することが可能となる。 Similarly to the fifth embodiment, for example, if ten projectors are used, ten scanning areas SA can be exposed at the same time. Therefore, the time required for exposure of the entire light irradiation surface IP can be reduced to that of the fourth embodiment. Can be shortened to about 1/10.
例えば、表面にフォトレジストが塗布されたプリント基板に露光し、光を照射された領域のフォトレジストを除去し、この部分に金属配線を形成する場合について考える。この場合、金属配線を形成すべき領域に良好に光が照射されなければ、断線の原因となる。 For example, consider a case where a printed circuit board having a surface coated with a photoresist is exposed, the photoresist in a region irradiated with light is removed, and a metal wiring is formed in this portion. In this case, if the region where the metal wiring is to be formed is not irradiated with light satisfactorily, it may cause disconnection.
DMD上で相互に隣接する2枚のミラーが、ともに第2の姿勢に制御されているとき、光照射面上のこれらのミラーに対応する領域は明部となる。しかし、DMD上の相互に隣接するミラーの間には隙間が存在し、これに起因して、光照射面上のミラー間の隙間に対応する領域(画素同士の隙間の領域)は、ミラーの反射面に対応する領域に比べて暗くなってしまう。上述の断線等の問題を起こり難くするため、ミラーの隙間に対応する領域が暗くなることを抑制できれば好ましい。 When two mirrors adjacent to each other on the DMD are both controlled to the second posture, a region corresponding to these mirrors on the light irradiation surface is a bright portion. However, there is a gap between the mirrors adjacent to each other on the DMD, and due to this, the area corresponding to the gap between the mirrors on the light irradiation surface (the area of the gap between the pixels) It becomes darker than the area corresponding to the reflective surface. In order to make the above-mentioned problems such as disconnection difficult to occur, it is preferable if the region corresponding to the gap between the mirrors can be suppressed from being darkened.
次に、図10を参照して、第7の実施例の投影装置について説明する。第7の実施例の投影装置は、第1の実施例の投影装置の前側fθレンズ6とガルバノミラー7との間に、絞り60を挿入した構成を有する。図10に、前側fθレンズ6から後側fθレンズ8までの光学系を示す。
Next, a projection apparatus according to a seventh embodiment will be described with reference to FIG. The projection apparatus of the seventh embodiment has a configuration in which a
絞り60は、所定の大きさの開口を有し、開口外に入射した光を遮断する。絞り60により、絞り60が配置されていない場合に比べて、後側fθレンズ8に入射する光が制限される。すなわち、後側fθレンズ8の開口数が小さくなる。分解能(近接した2点を見分けられる距離)は開口数に反比例するので、開口数が小さくなることにより、分解能の値が大きくなる(分解能が低くなる)。絞り60の開口を小さくするほど、分解能が低くなる。
The
分解能を低くすることにより、画像パタンの像においてミラー同士の境界をぼかすことができる。これにより、ミラーの隙間に対応する領域が暗くなる状態を改善できる。なお、分解能は低すぎても好ましくないので、所望の分解能となるように、例えば実験により、絞り60の開口の大きさが定められる。
By lowering the resolution, the boundary between mirrors can be blurred in the image of the image pattern. Thereby, the state where the area | region corresponding to the clearance gap between mirrors becomes dark can be improved. In addition, since it is not preferable that the resolution is too low, the size of the aperture of the
なお、絞り60はガルバノミラー7と後側fθレンズ8との間に配置することもできる。また、ガルバノミラー7の反射面を狭くすることによっても同様な効果が得られる。なお、第2及び第3の実施例の投影装置についても同様に、絞りにより後側fθレンズの開口数を低下させることができる。
The
次に、図11を参照して、第8の実施例の投影装置について説明する。まず、第8の実施例の投影装置の概略について説明する。本実施例では、第1の実施例の投影装置のガルバノミラーから前側と同様な光学系を2個用意しておき、それら各々の光学系で生成された画像パタンの像を、後側fθレンズにより光照射面上で重ね合わせる。光照射面上で像同士を少しずらして重ね合わせることにより、ミラー同士の隙間に対応する暗部を埋める。以下、詳しく説明する。 Next, a projection apparatus according to an eighth embodiment will be described with reference to FIG. First, an outline of the projection apparatus of the eighth embodiment will be described. In this embodiment, two optical systems similar to those on the front side are prepared from the galvanometer mirror of the projection apparatus of the first embodiment, and the image of the image pattern generated by each of these optical systems is used as the rear fθ lens. To superimpose on the light irradiation surface. The dark portions corresponding to the gaps between the mirrors are filled by superimposing the images slightly shifted on the light irradiation surface. This will be described in detail below.
第1のDMD74が、平面OP1上に画像パタンPAT1を生成する。画像パタンPAT1に対応する光が、第1の前側fθレンズ76に入射する。平面OP1は、第1の前側fθレンズ76の光軸A76と垂直であり、平面OP1から第1の前側fθレンズ76までの距離が、前側fθレンズ76の焦点距離と等しい。第1の前側fθレンズ76を透過した光がガルバノミラー77に入射する。
The
光源、コリメータ、及びホモジナイザからなる照明光学系70が、画像パタンPAT1を生成するための光を供給する。光照射面に照射させない光を、ダンパ71が吸収する。
An illumination
第2のDMD84が、平面OP2上に画像パタンPAT2を生成する。画像パタンPAT2に対応する光が、第2の前側fθレンズ86に入射する。平面OP2は、第2の前側fθレンズ86の光軸A86と垂直であり、平面OP2から第2の前側fθレンズ86までの距離が、前側fθレンズ86の焦点距離と等しい。第2の前側fθレンズ86を透過した光がガルバノミラー77に入射する。
The
光源、コリメータ、及びホモジナイザからなる照明光学系80が、画像パタンPAT2を生成するための光を供給する。光照射面に照射させない光を、ダンパ81が吸収する。
An illumination
第1の前側fθレンズ76の焦点距離と第2の前側fθレンズ86の焦点距離とが等しく、第1の前側fθレンズ76の設計距離と第2の前側fθレンズ86の設計距離とが等しい。また、第1の前側fθレンズ76の光軸A76と第2の前側fθレンズ86の光軸86とが相互に平行である。
The focal length of the first
第1の前側fθレンズ76の光軸A76上の設計上のミラーの位置P71(以下特性位置P71と呼ぶ)、及び、第2の前側fθレンズ86の光軸A86上の設計上のミラーの位置P81(以下特性位置P81と呼ぶ)の上に反射面が配置されるように、ガルバノミラー77が配置される。ガルバノミラー77は、第1の前側fθレンズ76を透過して特性位置P71を通過する光の進行方向を振るとともに、第2の前側fθレンズ86を透過して特性位置P81を通過する光の進行方向を振る。
Designed mirror position P71 on the optical axis A76 of the first front fθ lens 76 (hereinafter referred to as a characteristic position P71) and design mirror position on the optical axis A86 of the second
第1の前側fθレンズ76を透過してガルバノミラー77で進行方向を振られた光、及び、第2の前側fθレンズ86を透過してガルバノミラー77で進行方向を振られた光が、後側fθレンズ78に入射する。
The light transmitted through the first
後側fθレンズ78の光軸A78に対して光照射面IPが垂直となり、後側fθレンズ78から光照射面IPまでの距離が後側fθレンズ78の焦点距離と等しくなるように、光照射対象物9が配置されている。保持機構10が光照射対象物9を保持する。
The light irradiation surface IP is perpendicular to the optical axis A78 of the
平面OP1から第1の前側fθレンズ76までの距離が前側fθレンズ76の焦点距離と等しく、平面OP2から第2の前側fθレンズ86までの距離が前側fθレンズ86の焦点距離と等しく、後側fθレンズ78から光照射面IPまでの距離が後側fθレンズ78の焦点距離と等しい。このため、第1の実施例の投影装置と同様の原理で、平面OP1上の画像パタンPAT1及び平面OP2上の画像パタンPAT2の双方が、光照射面IPに結像する。前側fθレンズ76及び第2の前側fθレンズ86の焦点距離をf76とし、後側fθレンズ78の焦点距離をf78とすると、画像パタンPAT1の結像倍率、及び画像パタンPAT2の結像倍率は、ともにf78/f76と表される。
The distance from the plane OP1 to the first
後側fθレンズ78の設計上のミラーの位置P72が、第1の前側fθレンズ76の特性位置P71から第2の前側fθレンズ86の特性位置P81までの間(例えば中点)に配置されるように、後側fθレンズ78が配置されている。
The design mirror position P72 of the
第1の前側fθレンズ76の特性位置P71、及び、第2の前側fθレンズ86の特性位置P81の双方が、後側fθレンズ78の設計上のミラーの位置P72の充分近くに配置されるように、第1の前側fθレンズ76の光軸A76と、第2の前側fθレンズ86の光軸A86との間隔が定められている。
Both the characteristic position P71 of the first
第1の前側fθレンズ76の特性位置P71が、後側fθレンズ78の設計上のミラーの位置P72と充分に近ければ、特性位置P71が配置された位置を、後側fθレンズ78の特性位置として用いることができる。同様に、第2の前側fθレンズ86の特性位置P81が、後側fθレンズ78の設計上のミラーの位置P72と充分に近ければ、特性位置P81が配置された位置を、後側fθレンズ78の特性位置として用いることができる。
If the characteristic position P71 of the first
第1の前側fθレンズ76の特性位置P71の配置された位置が、後側fθレンズ78の特性位置として働くことにより、第1の前側fθレンズ76、ガルバノミラー77、及び後側fθレンズ78が構成する光学系は、第1の実施例の投影装置の、前側fθレンズ6、ガルバノミラー7、及び後側fθレンズ8が構成する光学系と同様に機能する。このため、第1のDMD74が生成した画像パタンPAT1を、光照射面IP上にほぼ歪みなく結像させ、ほぼ歪みのない像を走査することができる。
The position where the characteristic position P71 of the first
同様に、第2の前側fθレンズ86の特性位置P81の配置された位置が、後側fθレンズ78の特性位置として働くことにより、第2の前側fθレンズ86、ガルバノミラー77、及び後側fθレンズ78が構成する光学系が、第1の実施例の投影装置の、前側fθレンズ6、ガルバノミラー7、及び後側fθレンズ8が構成する光学系と同様に機能する。このため、第2のDMD84が生成した画像パタンPAT2を、光照射面IP上にほぼ歪みなく結像させ、ほぼ歪みのない像を走査することができる。
Similarly, the position where the characteristic position P81 of the second
第1及び第2の前側fθレンズ76及び86の特性位置P71及びP81の間に、後側fθレンズ78の設計上のミラーの位置P72を配置することにより、特性位置P71及びP81の双方を、設計上のミラーの位置P72に近づけやすい。
By arranging the design mirror position P72 of the
第1のDMD74及び第2のDMD84は、相互に合同な画像パタンPAT1及びPAT2を生成する。光照射面IP上のPAT1の像及びPAT2の像が相互に合同となる。平面OP1に平行な面内で第1のDMD74を回転させると、画像パタンPAT1の像が光照射面IP内で回転し、平面OP2に平行な面内で第2のDMD84を回転させると、画像パタンPAT2の像が光照射面IP内で回転する。光照射面IP上の画像パタンPAT1及びPAT2の像の回転方向が揃うように(光照射面IP内の平行移動で画像パタンPAT1及びPAT2の像を完全に重ね合わせることが可能なように)、第1のDMD74及び第2のDMD84が配置されている。
The
第1の前側fθレンズ76の光軸A76と平面OP1との交点を中心物点Q1と呼ぶこととし、第2の前側fθレンズ86の光軸A86と平面OP2との交点を中心物点Q2と呼ぶこととする。平面OP1上で中心物点Q1からある向きに距離dだけ離れた物点X1と、平面OP2上で中心物点Q2からこれと同一の向きに距離dだけ離れた物点X2とについて考える。
The intersection between the optical axis A76 of the first
物点X1から出発し第1の前側fθレンズ76を透過して特性位置P71に到達する光線B72と、物点X2から出発し第2の前側fθレンズ86を透過して特性位置P81に到達する光線B82とが、相互に平行にガルバノミラー77の反射面に入射する。ガルバノミラー77で反射された光線B72及びB82が、相互に平行に後側fθレンズ78に入射するので、光照射面IP上の物点X1の像点と物点X2の像点とが一致する。なお、中心物点Q1及びQ2は、それぞれ、距離dをゼロとしたときの物点X1及びX2であるので、中心物点Q1の像点と中心物点Q2の像点とが一致する。
A light beam B72 that starts from the object point X1 and passes through the first
画像パタンPAT1内の、中心物点Q1上に配置されている位置を画像パタンPAT1の中心と呼ぶこととする。画像パタンPAT2内の、画像パタンPAT1の中心に対応する位置を画像パタンPAT2の中心と呼ぶこととする。中心物点Q2上に画像パタンPAT2の中心が配置されているとき、光照射面IP上の画像パタンPAT1及びPAT2の像が完全に重なり合う。つまり、画像パタンPAT1及びPAT2内の相互に対応する位置の像点同士が一致する。画像パタンPAT1の像に画像パタンPAT2の像が完全に重ね合わされるような、第2のDMD84の位置を、第2のDMD84の基準位置とする。
The position arranged on the central object point Q1 in the image pattern PAT1 is referred to as the center of the image pattern PAT1. A position corresponding to the center of the image pattern PAT1 in the image pattern PAT2 is referred to as the center of the image pattern PAT2. When the center of the image pattern PAT2 is arranged on the central object point Q2, the images of the image patterns PAT1 and PAT2 on the light irradiation surface IP are completely overlapped. That is, the image points at positions corresponding to each other in the image patterns PAT1 and PAT2 match each other. The position of the
DMD位置調整機構82が、第2のDMD84を保持する。DMD位置調整機構82により、第2のDMD84の平面OP2に平行な面内に関する位置を調節可能である。第2のDMD84の位置を、平面OP2に平行な面内に関して基準位置から移動させることにより、光照射面IP上の画像パタンPAT2の像を移動させることができ、画像パタンPAT1及びPAT2の像を相互にずらして重ね合わせることができる。
The DMD
次に、図12(A)及び図12(B)を参照して、第2のDMD84の保持位置について説明する。図12(A)は、第1の前側fθレンズ76の光軸A76及び第2の前側fθレンズ86の光軸A86に平行な視線で見た第1のDMD74、第1の前側fθレンズ76、第2のDMD84、第2の前側fθレンズ86、及びDMD位置調整機構82を示す。
Next, a holding position of the
第1のDMD74のミラーM7、及び、第2のDMD84のミラーM8が、それぞれ、行列状に複数個配置されている。ミラーM7及びM8の行方向が相互に平行であり、ミラーM7及びM8の列方向が相互に平行である。DMD位置調整機構82は、平面OP2に平行な面内で、ミラーM8の行方向及び列方向の双方と交差する斜めの方向に第2のDMD84を移動させる。
A plurality of mirrors M7 of the
図12(B)は、DMD位置調整機構82により第2のDMD84が基準位置から移動された状態における第1のDMD74のミラーM7の像及び第2のDMD84のミラーM8の像を示す。なお、ミラーM7の像の縁を実線で示し、ミラーM8の像の縁を点線で示す。ミラーM7及びミラーM8は、すべて第2の姿勢にされているとする。図中、ミラーの像をミラーと同じ参照符号で示す。
FIG. 12B shows an image of the mirror M7 of the
第1のDMD74上で、ミラーM7aとM7bとが相互に隣接する。ミラーM7aの像とミラーM7bの像との間に隙間G7が存在する。ミラーM7a及びM7bの像の内部は相対的に明るい領域となり、隙間G7は相対的に暗い領域となる。ミラーM7aとM8aとが画像パタン内で相互に対応し、ミラーM7bとM8bとが画像パタン内で相互に対応する。
On the
ミラーM7aの像とミラーM7bの像との隙間G7の少なくとも一部の上に、ミラーM8aの像が重なるような位置に、DMD位置調整機構82が第2のDMD84を保持する。このようにして、第1のDMD74のミラーM7の像間の隙間の少なくとも一部が、第2のDMD84のミラーM8の像で埋められ、DMD上のミラーの隙間に対応する領域が暗くなる状態を改善することができる。
The DMD
なお、第2のDMD84の基準位置からの移動距離が長くなるほど、画像パタンPAT1及びPAT2の像を重ねた像が不鮮明となる。第2のDMD84の移動距離は、ミラーM7aに対応するミラーM8aの像が、第1のDMD74の他のミラーM7の像とは重ならない程度とするのが好ましい。
Note that as the moving distance from the reference position of the
なお、上述の例では、第1の前側fθレンズ76の特性位置P71を通過する光の進行方向を振るガルバノミラーと、第2の前側fθレンズ86の特性位置P81を通過する光の進行方向を振るガルバノミラーとを、共通のもの(ガルバノミラー77)としたが、特性位置P71及びP81をそれぞれ通過する光の進行方向を振るガルバノミラーを別々のものにすることも可能である。
In the above example, the galvanometer mirror that changes the traveling direction of the light passing through the characteristic position P71 of the first
なお、第1及び第2のDMD74及び84に光を供給する照射光学系を、上述の例では別々のもの(照明光学系70及び80)としたが、必要に応じて共通の照射光学系を用いることもできる。
In addition, although the irradiation optical system that supplies light to the first and
次に、図13(A)及び図13(B)を参照して、第9の実施例の投影装置について説明する。第8の実施例では、第1の実施例の投影装置のガルバノミラーから前側と同様な光学系を2つ用意しておき、これら2つの光学系で生成された画像パタンの像を重ね合わせた。本実施例では、第1の実施例の投影装置のガルバノミラーから前側と同様な光学系を4つに増やして、これら4つの光学系で生成された画像パタンの像を重ね合わせる。 Next, a projection apparatus according to a ninth embodiment will be described with reference to FIGS. In the eighth embodiment, two optical systems similar to the front side are prepared from the galvanometer mirror of the projection apparatus of the first embodiment, and the images of the image patterns generated by these two optical systems are superimposed. . In the present embodiment, the number of optical systems similar to those on the front side is increased from the galvanometer mirror of the projection apparatus of the first embodiment to four, and images of image patterns generated by these four optical systems are superimposed.
図13(A)に示すように、前側fθレンズとして第1〜第4の前側fθレンズ96、106、116及び126が用いられ、DMDとして第1〜第4のDMD94、104、114及び124が用いられる。第1〜第4のDMD94、104、114及び124がそれぞれ生成する画像パタンに対応する光を、それぞれ、第1〜第4の前側fθレンズ96、106、116及び126に入射させる。DMD位置調整機構102、112及び122がそれぞれ、第2〜第4のDMD104、114及び124を保持する。
As shown in FIG. 13A, first to fourth
第1〜第4の前側fθレンズ96、106、116及び126が、相互に光軸を平行にして配置されている。図13(A)は、これらの光軸に平行な視線で見た前側fθレンズ96等を示す。第1〜第4の前側fθレンズ96、106、116及び126の焦点距離及び設計距離は、相互に等しい。
The first to fourth
第1〜第4の前側fθレンズ96、106、116及び126の設計上のミラーの位置P91、P101、P111及びP121(以下それぞれ特性位置P91、P101、P111及びP121と呼ぶ)を結んだ四角形の内部に、後側fθレンズの設計上のミラーの位置P92が配置されている。例えば、前側fθレンズの特性位置P91、P101、P111及びP121を結んだ四角形の2本の対角線の交点上に、後側fθレンズの設計上のミラーの位置P92が配置される。このような配置により、前側fθレンズの特性位置P91、P101、P111及びP121のいずれも、後側レンズの設計上のミラーの位置P72に近づけやすい。
A rectangular shape connecting the design mirror positions P91, P101, P111 and P121 (hereinafter referred to as characteristic positions P91, P101, P111 and P121, respectively) of the first to fourth
各前側fθレンズの特性位置P91、P101、P111及びP121を、後側fθレンズの設計上のミラーの位置P72に充分に近づけることにより、各前側fθレンズの特性位置P91、P101、P111及びP121が配置された位置を、後側fθレンズの特性位置として用いることができる。 By making the characteristic positions P91, P101, P111 and P121 of each front fθ lens sufficiently close to the mirror position P72 in the design of the rear fθ lens, the characteristic positions P91, P101, P111 and P121 of each front fθ lens can be obtained. The arranged position can be used as the characteristic position of the rear fθ lens.
第1〜第4のDMD94〜124のミラーM9〜M12が、それぞれ、行列状に複数個配置されている。ミラーM9〜M12の行方向が相互に平行であり、ミラーM9〜M12の列方向が相互に平行である。
A plurality of mirrors M9 to M12 of the first to
DMD位置調整機構102が、第2のDMD104のミラーM10の行方向及び列方向の双方と交差する斜めの方向に、第2のDMD104を移動させる。DMD位置調整機構112が、第3のDMD114のミラーM11の行方向に、第3のDMD114を移動させる。DMD位置調整機構122が、第4のDMD124のミラーM12の列方向に、第4のDMD124を移動させる。
The DMD
図13(B)は、DMD位置調整機構102〜122によりそれぞれDMD104〜124が移動された状態におけるミラーM9〜M12の像を示す。なお、第1のDMD94のミラーM9の像の縁を太線で示し、第2のDMD104のミラーM10の像の縁を点線で示す。第3のDMDミラーM114の像の内部に右下がりのハッチングを施し、第4のDMDミラーM124の像の内部に左下がりのハッチングを施している。ミラーM9〜M12は、すべて第2の姿勢にされているとする。図中、ミラーの像をミラーと同じ参照符号で示す。
FIG. 13B shows images of the mirrors M9 to M12 when the
第8の実施例では、第2のDMD84のミラーM8の像を、第1のDMD74のミラーM7の像が形成する行列の行方向及び列方向に交差する斜めの方向に移動させることにより、第1のDMD74のミラーM7の像間の隙間を第2のDMD84のミラーM8の像で埋めた。しかし、図12(B)に示すように、ミラーM7の像間の隙間は完全には埋まらない。
In the eighth embodiment, the image of the mirror M8 of the
図13(B)に示すように、第9の実施例では、第2のDMD104のミラーM10の像を、第1のDMD94のミラーM9の像が形成する行列の行方向及び列方向に交差する斜めの方向に移動させ、第3のDMD114のミラーM11の像を、第1のDMD94のミラーM9の像が形成する行列の行方向に移動させ、第4のDMD124のミラーM12の像を、第1のDMD94のミラーM9の像が形成する行列の列方向に移動させることにより、第1のDMD94のミラーM9の像間の隙間を、第2〜第4のDMD104〜124のミラーM10〜M12の像で完全に埋める。これにより、ミラーの隙間に対応する領域が暗くなる状態をさらに改善することができる。
As shown in FIG. 13B, in the ninth embodiment, the image of the mirror M10 of the
なお、以上の実施例では、DMDを用いて反射光のパタンからなる画像パタンを生成したが、画像パタンとして、透過光のパタンからなるものを用いることもできる。例えば、液晶ライトバルブを用いれば、透過光による画像パタンを生成することができる。なお、液晶ライトバルブは、反射光による画像パタンを生成するタイプのものもある。DMDや液晶ライトバルブは、空間光変調器(SLM)の例である。画像パタンを生成する装置として、DMD、液晶ライトバルブの他の空間光変調器を用いることも可能である。 In the above-described embodiments, an image pattern including a reflected light pattern is generated using DMD. However, an image pattern including a transmitted light pattern may be used. For example, if a liquid crystal light valve is used, an image pattern based on transmitted light can be generated. Some liquid crystal light valves generate an image pattern by reflected light. DMDs and liquid crystal light valves are examples of spatial light modulators (SLMs). As a device for generating an image pattern, it is also possible to use DMD and other spatial light modulators of liquid crystal light valves.
例えば、透過光による画像パタンを生成する液晶ライトバルブでは、画素同士の隙間が光を透過させない。このため、DMDのミラーの像の隙間に相対的に暗い領域が発生するのと同様な状態が生じうる。第7〜第9の実施例の技術は、画像パタンを生成する空間光変調器として例えば液晶ライトバルブを用いる場合にも有効である。 For example, in a liquid crystal light valve that generates an image pattern by transmitted light, a gap between pixels does not transmit light. For this reason, a state similar to the case where a relatively dark region occurs in the gap between the images of the mirrors of the DMD can occur. The techniques of the seventh to ninth embodiments are also effective when using, for example, a liquid crystal light valve as a spatial light modulator for generating an image pattern.
以上の実施例では、前側fθレンズを透過した光の進行方向を振る光偏向器として、ガルバノミラーを用いたが、他の光偏向器を用いることもできる。例えば、ポリゴンミラー、MEMSミラー、音響光学偏向素子、電気光学偏向素子等を用いることが可能である。 In the above embodiments, the galvanometer mirror is used as the optical deflector that swings the traveling direction of the light transmitted through the front fθ lens. However, other optical deflectors can be used. For example, a polygon mirror, a MEMS mirror, an acousto-optic deflection element, an electro-optic deflection element, or the like can be used.
以上の実施例では、フォトレジストを塗布したプリント基板に露光する例を説明したが、投影装置の用途はこれに限らない。例えば、2次元コードのマーキングに用いることも可能である。また例えば、画像パタンに対応した穴を形成するレーザドリルとして用いることも可能であろう。なお、プリント基板に露光する実施例では画像パタンを縮小投影する光学系を構成したが、必要に応じて拡大投影用の光学系を構成することもできる。 In the above embodiment, the example in which the printed circuit board coated with the photoresist is exposed has been described, but the application of the projection apparatus is not limited to this. For example, it can be used for marking a two-dimensional code. For example, it may be used as a laser drill for forming a hole corresponding to an image pattern. In the embodiment in which the printed circuit board is exposed, an optical system for reducing and projecting an image pattern is configured. However, an optical system for enlargement projection can be configured as necessary.
なお、fθレンズを2つ使う方式は、ガルバノミラーの並進振動に対して感度を持たないため、ガルバノミラーの高速化に寄与することが期待される。 The method using two fθ lenses is not sensitive to the translational vibration of the galvanometer mirror, and is expected to contribute to speeding up the galvanometer mirror.
以上実施例に沿って本発明を説明したが、本発明はこれらに制限されるものではない。例えば、種々の変更、改良、組み合わせ等が可能なことは当業者に自明であろう。 Although the present invention has been described with reference to the embodiments, the present invention is not limited thereto. It will be apparent to those skilled in the art that various modifications, improvements, combinations, and the like can be made.
1 光源
2 コリメータ
3 ホモジナイザ
4 DMD
5 ダンパ
6 前側fθレンズ
7 ガルバノミラー
8 後側fθレンズ
9 光照射対象物
10 保持機構
P1 前側fθレンズ6の特性位置
P2 後側fθレンズ8の特性位置
CTR 制御装置
1
5
Claims (9)
前記第1の平面から到達した光が入射する第1の前側fθレンズと、
前記第1の前側fθレンズを透過した光の進行方向を振る第1の偏向光学系と、
前記第1の偏向光学系で進行方向を振られた光が入射する後側fθレンズと、
前記後側fθレンズを透過した光を照射すべき光照射面を有する光照射対象物を保持する光照射対象物保持機構と
を有し、
前記第1の平面上の第1の画像パタンが、前記第1の前側fθレンズ及び後側fθレンズを介して前記光照射面に結像するように、前記第1の画像パタン生成物が配置され、かつ、前記光照射対象物保持機構が前記光照射対象物を保持する投影装置。 A first image pattern product for generating a first image pattern on a first plane;
A first front fθ lens on which light reaching from the first plane is incident;
A first deflection optical system that swings a traveling direction of light transmitted through the first front fθ lens;
A rear fθ lens on which the light whose traveling direction is changed by the first deflection optical system is incident;
A light irradiation object holding mechanism for holding a light irradiation object having a light irradiation surface to be irradiated with light transmitted through the rear fθ lens,
The first image pattern product is arranged so that the first image pattern on the first plane forms an image on the light irradiation surface via the first front fθ lens and the rear fθ lens. And the light irradiation object holding mechanism holds the light irradiation object.
前記光照射面上で前記第1の画像パタンの像が第1の方向に移動するように、前記第1の前側fθレンズを透過した光の進行方向を振る第1の光偏向器と、
前記光照射面上で前記第1の画像パタンの像が前記第1の方向と交差する第2の方向に移動するように、前記第1の光偏向器で進行方向を振られた光の進行方向を振る第2の光偏向器と
を含み、
前記第1の前側fθレンズの光軸上を伝搬し、前記第1の光偏向器で進行方向を振られて前記第2の光偏向器に入射する第1の光線について考えたとき、該第1の光線の光路上で、該第1の光偏向器から該第2の光偏向器までの間に、前記第1の前側fθレンズから該第1の前側fθレンズの設計距離だけ離れた位置が配置され、
前記第1の光偏向器で進行方向を振られ、さらに前記第2の光偏向器で進行方向を振られて前記後側fθレンズの光軸上を伝搬する第2の光線について考えたとき、該第2の光線の光路上で、該第1の光偏向器から該第2の光偏向器までの間に、前記後側fθレンズから該後側fθレンズの設計距離だけ離れた位置が配置された請求項1に記載の投影装置。 The first deflection optical system includes:
A first optical deflector that swings a traveling direction of light transmitted through the first front fθ lens so that an image of the first image pattern moves in the first direction on the light irradiation surface;
Progress of light whose traveling direction is changed by the first optical deflector so that the image of the first image pattern moves in a second direction intersecting the first direction on the light irradiation surface. A second optical deflector that swings the direction,
When considering the first light beam propagating on the optical axis of the first front fθ lens and having its traveling direction changed by the first optical deflector and entering the second optical deflector, On the optical path of one light beam, a position separated from the first front fθ lens by a design distance of the first front fθ lens between the first optical deflector and the second optical deflector Is placed,
When considering the second light beam propagating in the traveling direction by the first optical deflector and further propagating in the traveling direction by the second optical deflector and propagating on the optical axis of the rear fθ lens, On the optical path of the second light beam, a position separated from the rear fθ lens by a design distance of the rear fθ lens is disposed between the first optical deflector and the second optical deflector. The projection apparatus according to claim 1.
前記光照射面上で前記第1の画像パタンの像が第1の方向に移動するように、前記第1の前側fθレンズを透過した光の進行方向を、該第1の前側fθレンズの設計上のミラーの位置で振る第1の光偏向器と、
第1の焦点距離を有し、前記第1の前側fθレンズの設計上のミラーの位置から後側に該第1の焦点距離だけ離れた位置に配置され、前記第1の光偏向器で進行方向を振られた光が入射する第1のレンズと、
前記第1の焦点距離と等しい焦点距離を有し、前記後側fθレンズの設計上のミラーの位置から前側に該第1の焦点距離だけ離れた位置に配置され、前記第1のレンズを透過した光が入射する第2のレンズと、
前記光照射面上で前記第1の画像パタンの像が前記第1の方向と交差する第2の方向に移動するように、前記第2のレンズを透過した光の進行方向を、前記後側fθレンズの設計上のミラーの位置で振る第2の光偏向器と
を含む請求項1に記載の投影装置。 The first deflection optical system includes:
The design of the first front fθ lens indicates the traveling direction of the light transmitted through the first front fθ lens so that the image of the first image pattern moves in the first direction on the light irradiation surface. A first optical deflector that swings at the position of the upper mirror;
It has a first focal length, is arranged at a position separated from the design mirror position of the first front fθ lens by the first focal length on the rear side, and travels by the first optical deflector. A first lens on which the directional light is incident;
The focal length is equal to the first focal length, and is disposed at a position separated from the design mirror position of the rear fθ lens by the first focal length to the front side, and is transmitted through the first lens. A second lens on which the incident light is incident;
The traveling direction of the light transmitted through the second lens is set to the rear side so that the image of the first image pattern moves on the light irradiation surface in a second direction intersecting the first direction. The projection apparatus according to claim 1, further comprising: a second optical deflector that oscillates at a mirror position in design of the fθ lens.
第2の平面上に第2の画像パタンを生成する第2の画像パタン生成物と、
前記画像パタン生成物を、前記第2の平面に平行な方向に関して所定位置に保持する画像パタン生成物保持機構と、
前記第2の平面から到達した光が入射する第2の前側fθレンズと、
前記第2の前側fθレンズを透過した光の進行方向を振る第2の偏向光学系と
を有し、
前記後側fθレンズに、前記第2の前側fθレンズを透過した光も入射し、
前記第1の前側fθレンズ及び前記第2の前側fθレンズはともに第1の焦点距離を有し、前記第1の平面から前記第1の前側fθレンズまでの距離及び前記第2の平面から前記第2の前側fθレンズまでの距離が該第1の焦点距離と等しく、かつ、前記後側fθレンズは第2の焦点距離を有し、前記後側fθレンズから前記光照射面までの距離が該第2の焦点距離と等しいことにより、前記第1及び第2の画像パタンが前記光照射面に結像し、該第1及び第2の画像パタンの結像倍率が等しく、
前記第1及び前記第2の画像パタン生成物は、相互に合同な前記第1及び第2の画像パタンを生成し、前記光照射面上における該第1の画像パタンの像は、第1の隙間を隔てて隣接する第1の領域と第2の領域を含み、該第1の隙間に比べて該第1の領域及び第2の領域の方が明るく、該光照射面上における前記第2の画像パタンの像は、該第1の画像パタンの像が含む第1の領域、第2の領域、及び第1の隙間にそれぞれ対応する第3の領域、第4の領域、及び第2の隙間を含み、
前記画像パタン生成物保持機構は、前記光照射面上において前記第1の隙間の少なくとも一部の上に前記第3の領域が配置された状態で前記第1及び第2の画像パタンの像が相互に重なるように、前記第2の画像パタン生成物を保持する請求項1に記載の投影装置。 further,
A second image pattern product for generating a second image pattern on a second plane;
An image pattern product holding mechanism for holding the image pattern product in a predetermined position with respect to a direction parallel to the second plane;
A second front fθ lens on which light reaching from the second plane is incident;
A second deflecting optical system that swings the traveling direction of the light transmitted through the second front fθ lens;
The light transmitted through the second front fθ lens also enters the rear fθ lens,
Both the first front fθ lens and the second front fθ lens have a first focal length, and the distance from the first plane to the first front fθ lens and the second plane The distance to the second front fθ lens is equal to the first focal length, the rear fθ lens has a second focal length, and the distance from the rear fθ lens to the light irradiation surface is By being equal to the second focal length, the first and second image patterns are imaged on the light irradiation surface, and the imaging magnifications of the first and second image patterns are equal,
The first and second image pattern products generate the first and second image patterns that are congruent with each other, and the image of the first image pattern on the light irradiation surface is a first image pattern. A first region and a second region that are adjacent to each other with a gap therebetween, the first region and the second region being brighter than the first gap, and the second region on the light irradiation surface; The image pattern image of the first image pattern includes a first area, a second area, and a third area, a fourth area, and a second area corresponding to the first gap, respectively. Including gaps,
The image pattern product holding mechanism is configured to display images of the first and second image patterns in a state where the third region is disposed on at least a part of the first gap on the light irradiation surface. The projection apparatus according to claim 1, wherein the second image pattern product is held so as to overlap each other.
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CN103538374A (en) * | 2012-07-13 | 2014-01-29 | 星云电脑股份有限公司 | Automatic marking machine for printed circuit board |
US9354503B2 (en) | 2013-05-23 | 2016-05-31 | Seiko Epson Corporation | Laser projector |
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